Brief overview of changing in IEEE 802.11 MAC and PHY level from beginning to nowdays.

1. Wi-Fi: вчера, сегодня и завтра
Камо грядеши?
Богдан Вакулюк

2. (c) NICKOLAY LAMM

3. (c) NICKOLAY LAMM

4. (c) NICKOLAY LAMM

5. (c) NICKOLAY LAMM

6. (c) NICKOLAY LAMM

7. СОДЕРЖАНИЕ
 ВВЕДЕНИЕ
 ИСТОРИЯ: от .11 до 11ac
 ЧТО ВПЕРЕДИ.
 Новые технологии
и возможности
 За пределами 2.4/5 ГГц
o 11ad/11af/11ah/11ai/11ak
o HEW

8. ЭВОЛЮЦИЯ 802.11 PHY
5 поколений 802.11
1-ое
2-ое
3-ое
4-ое
5-ое
802.11
2 Мбит/с
DSSS
802.11b
11 Мбит/с
DSSS
802.11a/g
54 Мбит/с
OFDM
802.11n
600 Мбит/с
MIMO
802.11ac
Гигабитные
скорости

9. IEEE и Wi-Fi альянс
 Wi-Fi Альянс образован
в 1999 году группой компаний,
которые были заинтересованы
в скорейшем продвижении
беспроводных продуктов
на коммерческий рынок
3Com, Aironet, Harris Semiconductor,
Alcatel-Lucent, Motorola, Nokia, Apple inc.,
Comcast, Samsung, Sony, LG, Intel, Dell,
Broadcom, Cisco, Qualcomm, Motorola,
Microsoft, Texas Instruments и T-Mobile.
 Сейчас – более 550 компаний

10. IEEE и Wi-Fi альянс
 Программа Wi-Fi CERTIFIED
 MAC/PHY совместимость 802.11a,
802.11b, 802.11g, или 802.11n.
 Поддержка WPA2
 Поддержка WMM Quality of Service
 Поддержка WMM Power Save
 Поддержка Wi-Fi Protected Setup
 Программа Wi-FI Direct

11. ЭВОЛЮЦИЯ 802.11 PHY
PHY и MAC
 802.11: 2.4 ГГц, 1.2 Мбит/c, инфракрасная передача
 802.11b: 2.4 ГГц, 20 МГц, DSSS, до 11 Мбит/c
 802.11a/g:
2.4 и 5 ГГц, 20 МГц, OFDM, до 54 Мбит/c
 802.11n:
2.4 и 5 ГГц, 20/40 МГц,
OFDM, MIMO (до 4 потоков),
кодирование LDPC

12. ЭВОЛЮЦИЯ 802.11 PHY
802.11ac (красным – новое по отношению к 802.11n)
 5 ГГц
 OFDM, MIMO (до 8 потоков)
 20/40/80/160/80+80 МГц
 2/4/16/64/256 QAM
 LDPC
 MU-MIMO
 Explicit channel feedback + Beamforming
 Некоторые возможности - опциональные
 LDPC, 160 MHz, 256 QAM, Beamforming, MU-MIMO

13. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ
ЧАСТОТНЫЙ
ДИАПАЗОН
 2.4 ГГц
 11 каналов
со смещением 5 МГц
 3 непересекающихся
канала 20 МГц
 5 ГГц
 23 канала шириной
20 МГц

14. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ
МОДУЛЯЦИЯ И КОДИРОВАНИЕ

15. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ
МОДУЛЯЦИЯ И КОДИРОВАНИЕ :: ССК и ODFM

16. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ
МОДУЛЯЦИЯ И КОДИРОВАНИЕ

17. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ
МОДУЛЯЦИЯ И КОДИРОВАНИЕ :: QAM

18. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ
МОДУЛЯЦИЯ И КОДИРОВАНИЕ
Индексы MCS, 77 индексов, mcsindex.com

19. СТАНДАРТЫ 802.11 a/b/g
 802.11: 1997 год, 2.4 ГГц, скорость до 2 Мбит/c
 802.11a: 1999 год, 5 ГГц, скорость до 54 Мбит/c
 802.11b: 1999 год, 2.4 ГГц, скорость до 11 Мбит/c
 802.11g: 2003 год, 2.4 ГГц, скорость до 54 Мбит/c

20. СТАНДАРТ 802.11n (2009 год)
РЯД УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЙ НА PHY И MAC-УРОВНЯХ
 Каналы удвоенной ширины: 40 МГц
 Возможность использовать как диапазон 2.4 ГГц,
так и 5 ГГц
 MIMO, Multiple Input Multiple Output:
передача разных потоков через разные антенны
 Пространственное разделение
(Spatial Multiplexing, до 4x потоков)

21. СТАНДАРТ 802.11n
РЯД УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЙ НА PHY И MAC-УРОВНЯХ
 Агрегация фреймов
(проблема – длинная преамбула)
 Блочный фрейм ACK
 Короткий разделительный интервал
(Short Guard Interval)

22. СТАНДАРТ 802.11n
КАНАЛЫ
УДВОЕННОЙ
ШИРИНЫ:
40 МГЦ

23. СТАНДАРТ 802.11n
MIMO

24. СТАНДАРТ 802.11n
MIMO
• Конфигурации:
количество передающих антенн Х
количество приемных антенн :
количество радиотрактов
Пример: 2 Х 3 : 2

25. СТАНДАРТ 802.11n

26. СТАНДАРТ 802.11n
Изменение
на MAC-уровне
 Агрегация
фреймов
 Блочный
фрейм ACK
 (Short
Guard Interval)

27. СТАНДАРТ 802.11n
Возможные
скорости
передачи
данных

28. СТАНДАРТ 802.11n
Возможные
скорости
передачи
данных

29. СТАНДАРТ 802.11ac (2013 год)
 5 ГГц, скорость - 7 Гбит/c
 MIMO: 8 пространственных потоков
 MU-MIMO
 Объединение каналов: 80, 160, 80+80 МГц
 256 QAM
 Explicit channel feedback + Beamforming

30. СТАНДАРТ 802.11ac
 Возможные скорости передачи данных

31. СТАНДАРТ 802.11ac
 MU-MIMO

32. IEEE 802.11AD: Wi-Fi на 60 ГГц
 Увеличенная полоса – 6-7 ГГц
 Большое количество каналов
в диапазоне 60 ГГц
 Большая скорость передачи данных
 Небольшое расстояние
 2 PHY режима:
 С одной несущей (16-QAM, 4.6 Гбит/c)
 Модуляция OFDM (64-QAM, 7 Гбит/c)
 Использования beamforming –
обязательное условие стандарта

33. IEEE 802.11AD: Wi-Fi на 60 ГГц
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ
 Синхронизация и обмен данными
между мобильными устройствами
и публичными информационными
точками;
 Беспроводные док-станции
и синхронизация с домашней
IT-системой;
 Обмен видео между мобильными
устройствами
и дисплеями, стационарными продуктами;

34. IEEE 802.11AF: вместо ТВ
 В стандарте предлагается использовать не занятые под
ТВ частоты в диапазоне УКВ (TV Whitespaces, TVWS)
 PHY уровень: соответствует 40 MHz 802.11ac, все частоты
разделены на 5.625 (частота 7.11MHz), для соответствия
каналам 8 МГц
 Первоначально предполагалось использовать
технологию автоматического определения свободных
частот, но сейчас в качестве основного метода
применяется онлайновая база свободных частот
 Радиус действия – приблизительно в 2.5 раза больше,
чем на частоте 2.4 ГГц

35. IEEE 802.11AH: ниже 1 ГГц
 Применение: сети мобильных сенсоров, умные «сетки»,
беспроводные сети с увеличенным расстоянием
действия
 Предполагается использовать субгигагерцовый
нелицензируемый диапазон, кроме частот, выделенных
под ТВ (для Европы - 863-868.6 МГц)
 PHY уровень: соответствует 40 MHz 802.11ac, все частоты
разделены на 10 – ширина полос каналов соответствует
2/4/8/16 МГц
 Множество изменений на MAC-уровне – для поддержки
большого числа устройств, подсоединенных к одной
точке и развитых режимов энергосбережения

38. 801.11AK: распределенные мосты
 Предпосылки: большое количество, как существующих,
так и будущих продуктов включают в себя как быстрый
беспроводной интерфейс, так и Ethernet-порт
 Домашние мультимедийные системы
 Индустриальное оборудование
 Такие устройства могут выступать
в качестве «мостов» между двумя сетями.
 Цель разработчиков стандарта 801.11ak –
посредством механизма Virtual LAN и стандарта IEEE
802.1Q создать быстрый универсальный механизм
транспорта, для передачи аудио- видеопотоков через
разные среды.

39. HEW: WLAN высокой эффективности
 Исследовательская группа HEW (HIGH EFFICIENCY
WLAN) сформирована для того, чтобы
усовершенствовать работу Wi-Fi в традиционных
диапазонах – 2.4 и 5 ГГц – и сформировать требования к
новому стандарту, который придет на смену 802.11ac.
 Задачи группы отличаются от традиционного
направления разработки – увеличения пиковой
пропускной способности на подключенного клиента
 Повышения эффективности использования спектра
и пропускной способности на единицу площади
 Повышение производительности в условиях
реальных инсталляция: помехи, интерференции,
большая нагрузка на точки

40. HEW: WLAN высокой эффективности
Основные причины,
которые вызвали формирование HEW
 Скачкообразный рост числа мобильных устройств
 Большое скопление устройств в публичных местах:
аэропорты, торговые центры, стадионы, парки
 Увеличение числа устройств, потребляющих беспроводной
трафик в традиционных условиях – дом, офис
 Перегрузка традиционных диапазонов
(2.4 ГГц, а вскоре – и 5 ГГц)
 Все больше Wi-Fi используется
вне помещений

41. HEW: WLAN высокой эффективности
Основные причины,
которые вызвали формирование HEW
 Эволюция сетевых приложение
 Видео
 Рост Uplink-трафика (соцсети и облачные приложения)
 Peer-to-Peer приложения

42. Wi-Fi альянс: ближайшие инициативы

43. СПАСИБО!